计算流体力学与FLUENT软件简介课件.ppt

Fluent软件介绍,主要内容,Fluent 简要介绍,1,Fluent 发展历程,2,Fluent 基本功能及特点,3,4,5,Fluent 软件结构,6,Fluent程序求解问题的步骤,7,Fluent 算例介绍（俞梦玮）,Fluent 简要介绍,CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动，包含了广泛的物理模型，能模拟工业应用中的流动、传热和反应。,这些工业应用涵盖了从飞机机翼的空气外流到锅炉的燃烧，从塔内气泡流到钻井平台，从血液流动到半导体制造，以及从洁净室设计到污水处理厂。,一些特殊的模型如内燃机燃烧、气动噪声、旋转机械和多相流系统也进一步扩大了软件的应用范围。,Fluent 发展历程,Fluent 发展历程,Fluent 基本功能及特点,网格灵活性 ANSYS Fluent软件的网格具有完全的灵活性，包括能相对容易地对复杂几何生成非结构网格来求解流动问题。所支持的网格类型包括三角形、四边形、四面体、六面体、棱柱体（楔形）和多面体。,湍流模型 ANSYS Fluent软件一直重点关注开发领先的湍流模型，精确有效地捕捉湍流效应。尤其关注的是经广泛测试的剪切应力湍流模型（SST），因其对非平衡湍流边界层流动和传热的预测有明显的优势。 Fluent也提供了创新的模型来求解层流到湍流的转捩。此外，ANSYS Fluent提供了大量的尺度解析湍流模型。,传热和辐射 在许多工业设备像涡轮叶片、发动机缸体和燃烧室，以及建筑和结构中，优化传热都非常关键。ANSYS Fluent软件有最新的共轭传热（CHT）技术，把流体动力学和固体材料的内部导热联合起来计算。固体域可以直接划分网格，或用壳模型做为薄壁模拟。ANSYS Fluent引入了丰富的模型来计算各类流体和固体间的辐射传热，包括全透明、半透明或不透明辐射。,多相流 许多CFD应用所包含的流体是多相而不仅是一相。ANSYS Fluent是多相流模型技术的领导者。其各类功能让工程师能洞察那些常常难以测量的设备内部。对不同类型的多相流 ANSYS Fluent软件提供不同的模型。,反应流 ANSYS Fluent都提供了丰富的架构来模拟伴随化学反应和燃烧的流动。ANSYS Fluent中的反应流模型能处理大量的气体、煤和液体燃料燃烧模拟。同时也包括预测SOx 生成、NOx 生成和分解的特殊模型。该技术的表面反应功能可以预测气体和表面组分的反应，也能预测不同组分间的反应，因此，能严格预测沉积和蚀刻。,声学 对声学来说，ANSYS Fluent能用几种方法计算非稳态压力脉动引起的噪声。瞬态LES对表面压力的预测能用内嵌的傅立叶变换工具（FFT）转化为频谱。FfowcsWilliams 和 Hawkings声类比能模拟各种的声传播，从暴露的钝体到旋转风扇叶片。宽频噪声模型能基于稳态仿真的结果预估声源。,流固耦合 通过ANSYS Fluent和 ANSYS 结构力学的耦合可以模拟固体运动对流动的影响。ANSYS Fluent中流体域的网格变形算法既稳健又灵活，能允许甚至很大的边界位移。对更极端的边界运动，单个网格拓扑不足以模拟整个变形，ANSYS Fluent提供模拟中按需自动重新划分网格的选项。,动网格 ANSYS Fluent的动网格能解决一些挑战性的应用，包括内燃机流动、阀门、油箱分离。ANSYS Fluent也提供滑移网格和多重参考坐标系模型，该模型在搅拌器、水泵和涡轮机械中已被验证。,FLUENT软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。值得强调的是，FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术；,材料属性 流动条件会影响材料的详细行为，如压力或温度对CFD结果的精度有关键的影响。针对大范围的液体、气体和固体，ANSYS Fluent有丰富的材料属性库。假设仿真中涉及到某个专有材料，或其它材料库中没有的材料，用户能用ANSYS Fluent环境的灵活性容易地定义任何新材料，或者定义材料属性和压力、温度、剪切应变速率等流场参数的关系式。,后处理和数据输出 ANSYS Fluent的后处理工具能产生有意义的图像、动画和报告，让流体动力学结果的表达更容易。求解数据能输出到ANSYS CFD-Post、第三方后处理软件或CAE软件中做进一步的分析。,Fluent 软件结构,FLUENT包应该包括以下几个部分：FLUENT解法器prePDF，用于模拟PDF燃烧过程GAMBIT，网格生成TGrid，额外的处理器，用于从现有的边界网格生成体网格。Filters(Translators)，转换其它程序生成的网格，用于FLUENT计算。可以接口的程序包括：ANSYS, I-DEAS, NASTRAN, PATRAN等。,Fluent程序求解问题的步骤：,问题描述 温度为T0、压强为P0的理想气体以均速V0流过温度为Tp、长为L的无限宽平板，如下图所示。试对平板绕流的流动过程进行数值模拟计算。,Fluent算例介绍,L=1m,空气流过高温平板示意图,V0,Fluent算例介绍,第1步：在Gambit中创建模型、划分网格并确定边界类型,创建流动区域的四个节点。,Fluent算例介绍,第2步：创建网格,对此矩形区域进行网格划分，将竖直方向划分为100份，并沿y方向网格长度等比例逐渐增长；将水平方向等分为30份。,Fluent算例介绍,第3步：定义边界类型,在Gambit中设置边界条件。,inflow,top,plate,outflow,第4步：输出网格并保存文件,Fluent算例介绍,第4步：在Fluent中对问题进行设置,1.选择2D求解器2.读入网格将网格文件plate.msh读入。3.检查并显示网格点击Grid-Check,Fluent算例介绍,4.设置求解器,1.在time项选择Steady稳态。2.启动能量方程。3.确定紊流模型ReL5105，属于紊流流动。,Fluent算例介绍,雷诺数计算,问题描述 温度为T0、压强为P0的理想气体以均速V0流过温度为Tp、长为L的无限宽平板，如下图所示。试对平板绕流的流动过程进行数值模拟计算。 假设流体是可压缩的、设来流为空气，参数如下： 来流流速 V0=20 m/s 动力黏度 u=1.8910-5 Pas 导热系数=0.0247 W/(mK) 定压比热 Cp=1005 J/(kgK) 来流温度 T0=300 K 来流压强 P0=101325 Pa,由理想气体状态方程，来流气体的密度为 =P0/(RTO)=1.177kg/m3,来流的雷诺数为 ReL=V0L/(u/)=1.266106,Fluent算例介绍,4.紊流模型的确定,Model选择k-e模型；k-e 模型中选择理想化模型；对于边界层流来说，Realizable k-e模型比Standard k-e模型精度更高。在Model Constants 项中的模型常数是被广泛认可的常数，不用改变，保留其他默认设置。,Fluent算例介绍,要处理边界层内的流动问题需考虑以下三种情况：层流底层 （y+ 30）。,运用Fluent对该问题进行求解后，可以求得对应于不同位置网格的y+值。,Fluent算例介绍,当网格的粗细度处于紊流区域（y+ 30），选择Enhanced Wall Treatment 可用来提高边界问题的计算精度；当网格的粗细度处于过渡区域（5 y+），Fluent本身可用来求解层流底层内的问题，所以选择Enhanced Wall Treatment 对于提高计算精度方面作用不明显。,Fluent算例介绍,5.定义边界条件,入口边界设置 在Zone项选择inflow，速度大小20，流体温度300。但是在点击ok的过程中出现了警告。,Fluent算例介绍,将inflow边界类型改为pressure-inlet。由可压缩等熵流动计算公式，总压强的计算公式如下：,Fluent算例介绍,5.定义边界条件,设置出流边界 在Zone项选择outflow，如图所示。Gauge Pressure 为0，表示绝对压强为操作压强。出流边界的表压强=绝对压强-操作压强,设置平板边界条件在Zone项选择plate，如图所示。,Fluent算例介绍,第5步：求解,采用二阶离散方法进行计算，如图所示，density等参数均选择Second Order Upwind；,设置流场初始值,设置收敛临界值,保存并计算,Fluent算例介绍,残差迭代收敛曲线,Fluent算例介绍,第6步：计算结果分析,y+分析,Fluent算例介绍,第6步：计算结果分析,在 x=1m 处的速度分布,谢 谢！,